JPH02218520A

JPH02218520A - 高強度ボルトの製造方法

Info

Publication number: JPH02218520A
Application number: JP3774789A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Shimazaki; 島崎　信夫
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1990-08-31
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JP2646728B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ボルトのセレーション部にシヲットピーニン
グ加工を施して高強度のボルトを製造する方法に関する
。

（従来の技術）セレーションボルトの一例を第１図に示す。

図において、１は頭部、２Ｆｉ首下部、３Ｆｉセレ一シ
ラン部、４はねじ部である。

セレーション部５には、数条の螺旋状の溝が形成されて
いる。

このセレーションボルトハ、エンジンのコンロッド本体
のボルト孔にセレーション部を圧入結合して用いられる
。

従来のセレーションボルトの製造は、頭部、首下部、軸
部（モレ−２１フ部とねじ線以外）は冷間鍛造にて加工
した後にセレーション部とねじ部とを冷間転造加工し、
次にこれを焼入れ焼戻し処理をして完成品としていた。

（発明が解決しようとする課題）最近のエンジンは例えばターボエンジンとかスーパーチ
ャージャエンジンのように高出力、高回転の傾向にある
。

これに伴いエンジンコンロッドボルト（セレーションボ
ルト）にかかる負荷応力も厳しくなってきている。

従って従来のセレーションボルトでは、ボルトの曲げ疲
労強度が不足する傾向にあるのが実情である。

この対策として、セレーシ１ンボルトに高級材質のもの
を使用したり、セレーション溝の形状を技術的観点から
検討したりしているが、安定性や信頼性の点で、まだ決
定的な手段であるとは云い難いのが実情である。

又−ランク上のコンロッドを使用することも考えられる
が、重量が嵩み燃費も低下するので特策ではない。

このように、現在では、高出力、高回転化のエンジンに
対応できる大レージロンボルトの開発が急がれているの
が実情である。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであシ、従来の
セレーションボルトの材質や大きさ及びセレーションの
溝の形状を変えることなく、高出力、高回転エンジンに
対応できるセレーションボルトの製造方法を提供せんと
するものである。

（１１題を解決するための手段）上記課題を解決するために本発明は、焼入焼戻し処理を
したセレーションボルトのセレーション部に、シタット
粒硬度Ｈｖが７００〜９００でかつ、シ冒ット粒径ｄが
セレーション部の最小フイレクト半径ＲＫ対しｄ／Ｒの
値がＣＬ１８〜五５であるショット粒を所定時間投射し
てショットピーニング加工を行うことを特徴とする。

（作用）このように焼入焼戻しし九セレーションボルトのセレー
ション部にショットピーニング加工を施すこと忙より圧
縮残留応力が生ずる。

ソシてショット粒の直径ｄがフィレットの最小半径Ｒに
対しｄ／Ｒの値がＱ、１８〜工３でかつその硬度Ｈｖが
７００〜９００であるショット粒を使用することにより
、セレーション部の全域にわたって保証される圧縮残留
応力が生ずる。

（実施例）以下本発明の一実施例について詳細に説明する。発明者
は、従来のセレーションボルトの製造は冷間鍛造及び冷
間転造による機械加工の後、焼入、焼戻しをするので、
完成されたセレーションボルトの表面に引張残留応力が
生じていることを予想し、曲げ疲労強度が低いのは、こ
の引張残留応力に起因していると判断した。

そこで、焼入、焼戻し後の大レージロンボルトにショッ
トピーニング加工を施すことにより、セレーションボル
トの表面に圧縮残留応力を生じさせ、曲げ疲労強＆につ
いて実験を行った。

実験の諸元は次の通りである。

第１図においてセレーション部の外径８ｍで上限公差α
０１０Ｉｌｌｌ下限公差α０１５闘、谷径７．２　ｗｘ
、溝のピッチ１．５襲、山の巾（１８ｍ、山部から谷部
に至る半径α５霧、溝（山）の捻れ角６０°条数８、全
長ｌＩｒ１４９■のセレーションボルトを使用した。

又第２図及び第５図に示すように、当該セレーションボ
ルトを中心線上で分害し、フィレット部のＲを測定した
結果、Ｒ＝α１７襲、［ＬＯ７ａ。

α１８霧、（Ｌ２７期を得た。

轟該ボルトの加工は、材質としてＪＩＳＳＣＭ４４０Ｈ
ＣＣｒ−Ｍｏ鋼）を使用し、冷間鍛造、冷間転造後Ｋ、
内部硬さが約Ｈｖ５５０になるように焼入、焼戻しを行
った。

曲は疲労試験は、エンジン実機上での破損モードをシミ
ユレートし、油圧加撮機を用いて、コンロッドボルトを
組み込んだ状態で行った。

この時の繰り返し速度は２０００　ｃｐｍ、　　繰シ返
し回数は１０１〜１０１０まで行った。

シ日ットビーニングの諸元は、直圧型エアーブラストマ
シンを使用し、そのノズル径Ｉｄ　５　ｍ、噴射圧力は
５　Ｋｅ　７ｃｍ”　、噴射距離は約１５譚、噴射時間
は約６０秒である。

第４図に示す実験は、ショット粒の硬度がＨｖａｏｏＯ
ものを使用し、その時のセレーションボルトに加わる曲
げ荷重Ｋｆ（曲げ応力の変化）と繰返し荷重との関係に
おいて、シ１ット粒径がどのように影響するかを行った
ものである。

この試験の結果より、ショット粒の小さいものでショッ
トピーニング加工をした方が有利であることが判明した
。

又第５図の実験は、ショット粒の粒径と硬度がセレーシ
１ンボルトの曲は疲れ限度に対してどのよ５に影響する
かを行ったものである。

この実験により、ショット粒の粒径が小さくかつ硬度Ｈ
ｖの大きいものの方が有利であることが判明した。

第６図は、セレーションボルトの残留応力値とシ璽ット
投射時間との関係を硬度１（ｙ　８００のショット粒を
用いて実験したものである。

この実験よシ、当該残留応力値は、ショット粒の粒径に
は無関係に、約９０秒で残留応力値がそれ以上大きくな
らず、残留応力が飽和することが判明した。

この実験において、残留応力値の測定は、フィレット８
部の測定が不可能であったので、セレーションの溝部で
測定したものでおる。

この第６図における実験と、前に述べた第４図及び第５
図の実験とを比較した場合に、前の実験では粒径が小さ
いほど有利であるのに対し、第６図の実験では粒径が大
きいはで残留応力値が大きくなっており、前の実験とけ
逆に粒径の大きい方が有利になっている。

このことから相定されることは、ショット粒が衝突する
面が平らな部分に対しては粒径が大きいはど有利であり
、又フィレット８部のように尖った部分に対しては粒径
が小さいほど有利であるということである。

従ってセレーションボルト全体の曲げ疲れ強度を考えた
場合Ｋ、ショット粒の粒径とセレーションのフィレット
Ｒとの間に所定の関係があるということができる。

本実験において、フィレットＨの最小値は［Ｌ０７１ｓ
であり、この部分のシｌットビーニング加工が最も難し
い部分であるからこれを基準に考えるとショット粒の粒
径ｄとの関係においてｄ／Ｒの値は、１ｌＬ７〜２．９
となる。

そしてセレーションの切シ終り部でのフィレットＲはａ
０６であることから、ｄ／Ｒはα８３〜五５である。

又第５図より、シッット無しセレーションボルトの曲は
疲労強度を１とした場合の比率が、エンジン実機で１．
２以上あればよいことから、粒径２００μのものもこの
条件を満している。このことから粒径５０μ〜２００μ
の範囲で有効である。

従ってフィレットＲのα０６ｗｘ−α２７簾の範囲でｄ
／Ｒの最小値から最大値までの範囲は、［１１８〜五５
になる。

次にショット粒の硬度について見た場合に、第５図に示
すように、ショット時間６０秒において、）（ｖ８００
及び）ｉｖ９００はともに粒径２００μにおいても比率
１．２を満足している。又Ｈｖ　７００については、シ
ョット時間６０秒では粒径１５０μが限度であるが、シ
ョット時間を延長すれば粒径２００μでも比率１．２を
満足する。

次にショット時間は、第６図においてＨＶ８００につい
て実験結果が示されている。

この実験でショット時間５０秒では残留応力値がオだ増
加しつつある過程であり９０秒で飽和状態になる。

以上の実験結果から次のように結論づけることができる
。

先ずショット粒の硬度については、Ｈｖ７００以下でも
勿論曲は疲労強度の向上に効果はあるが、所定の効果を
得るためＫはシ讐りト投射時間を長くしなければならな
い。しかしながら冷間鍛造、冷間転造等の他の加工工程
との兼ね合いから生産性を考えた場合に当該時間を長く
するのは特策ではない。従って）（ｖ７００以上が実際
面において適当である。

又硬度Ｈｖ９００で充分によい効果が得られること及び
Ｈｖ９０（３以上にするとショット粒寿命も著しるしく
低下することからＨｖ９００以下が適当である。

従ってショット粒硬度はＨｖ７００以上）（ｖ９００以
下が最本適した硬度である。

次にシ日ット粒の粒径については、５０μ〜２００μの
ものの使用が可能であり、かつフィレット８部の半径と
の関係が影響する。

実験の結果ショット粒の粒径をｄ、フレットの半径をＲ
とした場合にｄ／Ｒの値が１１Ｌ１８〜五３が適当であ
る。

次にショット投射時間については、硬度Ｈｖｓｏ。

Ｋついてした実験結果よシ、５０秒以下では曲げ疲労強
度の向上に有益な圧縮残留応力がまだ不十分であり、９
０秒以上では圧縮残留応力が飽和化してし捷う。

又、ショット投射時間が長いとセレーシラン部の摩耗罠
よシ、セレーシｌンボルトをコンロッド本体孔に圧入す
る加工許容公差が保てなくなシネ具合である。

又、第５図（ショット投射時間６０秒）からも判る通り
、ショット粒の粒度と硬度との選択組合せによシ、ショ
ット投射時間を決めることができる。

例えば硬度Ｈｖ７ｏｏ、粒径１００μの条件では、ショ
ット投射時間６０秒で十分である。

一応平均硬度Ｈｖａｏｏの実験によりショット投射時間
は５０秒以上９０秒以下にするのが適当である。

（発明の効果）以上詳述した通り本発明によれば、冷間鍛造、冷間転造
した後に焼入焼戻しをしたセレーシ３ンポルトのセレー
シヲン部に、シミツト粒の硬度が）（ｖ７００〜９００
、粒径ｄがフィレットＲに対して（Ｌ１８〜五５のもの
を所定時間シ冒ット投射してシ四ットビーニング加工す
るよう圧したので、セレーシ１７部全域に所定の圧縮残
留応力を生じさせることができる。

その結果、セレーシ１ンボルトの材質の変更、セレーシ
ヨンの形状変更及びセレーションボルトの寸法変更を行
うことなく、シミツト無しセレーシ１ンボルトの曲げ疲
労限度を１とした場合の比率をｔ２以上にすることがで
き、高出力、高回転化エンジンに対応できるセレーシ璽
ンボルトを得ることができた。

又、上記シ叢ットピーニング加工の条件を滴す限り、所
望の曲げ疲労強度が得られるのでその信頼性が高いとい
う優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はセレーシ箇ンボルトの一例を示ス斜視図、第２
図は実験に用いたセレーシ９ンポルトを中心線にそって
分割した縦断面図、第３図は第２図のモレ−９１フ部を
部分拡大した図、第４図はショット粒の硬度Ｈｖ　８　
Ｑ　Ｏ，ショット投射時間６０秒という条件で、ボルト
に加わる曲は荷重に対してショット粒の粒径の及はす影
響を実験した結果を示す線図、第５図はショット投射時
間６０秒という条件で、ショット粒の粒径と硬度が曲げ
疲労強度に及はす影響を実験した結果を示す線図、第６
図はショット粒の硬度Ｈｖｓｏｏを用いて、セレーショ
ン溝の表面例おける残留応力値に対しショット投射時間
とショット粒の粒径の及ぼす影響について実験した結果
を示す線図である。１・・・頭部、２・・・首下部、３−セレーシワン部、
４・・・ねじ部。第２図第３図（ほか２名）第４図第図手向シッソトｎ橿（μ）第６図

Claims

【特許請求の範囲】

焼入焼戻し処理をしたセレーションボルトのセレーショ
ン部に、ショット粒硬度がＨｖ７００〜９００、ショッ
ト粒径ｄがセレーション部の最小フィレット半径Ｒに対
しｄ／Ｒの値が０．１８〜３．３であるショット粒を所
定時間投射してショットピーニング加工を行うことを特
徴とする高強度ボルトの製造方法。